近年来，超大城市中心区地下管廊资源紧张与用电负荷攀升的矛盾愈发突出，对电网建设的可持续性发展提出了更高的要求。如何破题？超导输电提供了一种新的思路。

以一"打"六，"出招"便惊艳

2021年12月22日，国家电网公司在上海兴建的世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程正式投运。该示范工程位于上海市中心，连接徐汇商业核心区两座220千伏变电站，总长1.2公里，额定电流2200安培，电能辐射整个辖区内的4.6万户用户。

剖析我国首个超导电缆示范电站：从研发施工到运维，填补多项空白

攻克三大技术难关

装备之强

把这根电缆剖开，可以看到类似"三色圆珠笔"的结构，这正是三相统包结构，外层的绝热管包裹着三股相互绝缘的超导缆芯，像三根"笔芯"，用来传送三相交流电。

超导电缆结构中，核心采用仅0.4毫米厚极为纤弱的第二代超导带材，其中起导电作用的超导层厚度约为1微米，另外还包括不锈钢基带、保护层、缓冲层等。该材料从设计到生产制造完全实现了国产化。

尽管这次超导输电示范工程只有1.2公里，但超导材料一共使用了近300公里。

在常压下，超导体达到"临界超导温度"，并具备强大的输送能力，需要低至77K(-196℃)，这正是液氮的温度区间。液氮无毒、无色、无味，取之于空气，也是制造液氧的副产品。

1升液氮的价格约等于1升矿泉水，价格低廉、制备方便、稳定可控的特点，使其成为冷却介质的佼佼者。

为了使超导材料始终保持超导状态发挥最大能效，维持液氮环境尤其重要。

除了制冷系统的正常运行，电缆外层通过两层核心结构，牢牢掌控"低温"和"绝缘"两大关键因素。双层柔性真空绝热管，尽全力减小热损耗，同时，固体绝缘材料、液氮等形成了强大的复合绝缘，让内层的三根"笔芯"安稳、持续地在液氮中泡"冷水浴"，低温、封闭的运行环境也让超导电缆具有较长的使用寿命。

工程之难

世界首个35千伏公里级超导输电示范工程，位于上海市中心徐汇老城区。这里区域用电需求旺盛，电力负荷密度高达每平方公里2.7万千瓦，相当于上海平均电力负荷密度的5倍。这里高楼与窄巷并行，商圈与社区相融，河流和轨道交错，地上，车水马龙、人流如织；地下，管道繁多、空间狭小。

超导电缆的输送能力相当于4~6回同电压等级传统电缆，能节约70%的地下管廊空间，这样"小通道大容量"的输电模式可有效破解超大城市中心负荷密度高、通道资源有限等难题。

由于超导带材的机械性能与传统导体有较大差异，其敷设时牵引力、侧压力、弯曲半径等参数毫无经验可循。面对施工过程中的难点与瓶颈，建设团队通过敷设试验、理论计算，采用创新技术和巧妙设计将问题一一攻克。

为了将超导输电技术顺利从"实验室"跨步应用到现有电网的"实战场"，建设团队在"螺蛳壳里做道场"，一大突破就是敷设方式首次使用全程排管，不仅占地空间小，还能最大限度减少受外力破坏的影响，同时便于维护和管理。

由于示范工程位于中心城区，无法采用全开挖方式施工，建设团队还研制出了新工艺、新材料以及各种专用器具、设备，来解决建设路径中进站难、小转角、大落差、窄通道等多个施工难点。团队创新运用了"泥水平衡顶管"与"大角度绕行"工艺，突破了世界首条商业化运行公里级超导电缆排管敷设经验的空白。

为了证实施工方案的可行性，确保正式敷设一次成功，建设团队在闵行区吴泾镇"量身定制"，建设了试拉试放试验场地，1比1复原了实际电缆敷设中难度最大的路段，进行了3次实地还原试验，收集到一批超导电缆在复杂环境下敷设时的关键数据，有力支撑了超导电缆的安全、高效敷设。

运维之细

为了对电缆进行"全景立体式"守护，建设团队自主研发了超导电缆在线监测平台，搭建起电缆系统运行的"监控网"。

在1.2公里的电缆沿线共有电缆工作井9处，建设者们安装了智能井盖、智能地钉、可视化联动装置、液氮监测设备及全线光纤测振装置等，实时监测电缆运行温度、压力、电流、通道环境等多维度参量信息，呈现超导电缆及通道内、外部环境的运行实况。

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此外，稀土铁系化合物也引起了研究人员的关注，这些化合物在较高的温度下表现出异常的电子行为，被认为可能与室温超导机制有关，通过在这些化合物中引入适当的掺杂和结构调控，研究人员试图找到稳定的超导相。

总之，室温超导代表着一种可能会彻底改变能源输送、医疗诊断、交通运输等领域的前沿技术，虽然目前仍面临着许多未知的科学难题和工程挑战，但研究人员们对于实现室温超导的努力正在不断取得进展，为这一激动人心的领域开辟了新的可能性。

室温超导的潜在影响

室温超导作为一项引人瞩目的科学领域，正日益引发广泛的兴趣和探讨，其革命性的潜在影响，将深刻地改变多个领域，带来不可忽视的挑战与机遇。

首先，室温超导有望从根本上改变能源输送与储存领域，传统能源输送普遍存在能量损耗、传输距离受限等问题。

然而，若实现室温超导，电能的输送将变得高效且几乎无损耗，大规模跨地区、跨国家的能源输送成为可能，这将彻底颠覆能源市场的格局，实现更为可持续的能源分配。

其次，医疗领域也将因室温超导而发生深远的改变，医疗设备常需要大量冷却，这限制了其便携性和实际应用，室温超导的到来将使医疗设备变得更加紧凑和易于携带，促进医疗服务的普及和改善。

同时，室温超导技术在磁共振成像等领域的应用也将得到增强，从而提高医学诊断的准确性和效率。

此外，交通与运输领域亦将因室温超导发生深刻变革，目前，磁悬浮交通系统因能耗较高而未能大规模推广。

然而，室温超导的应用将使磁悬浮技术变得更加节能高效，进而推动磁悬浮列车等交通工具的广泛应用，这将改变人们的出行方式，缩短旅行时间，减少交通拥堵，同时降低对环境的不良影响。

最重要的是，室温超导将促进科学研究和基础设施的创新，在科学研究中，室温超导材料可用于加速器和实验设施，提升研究效率，拓展科学的边界。

这可能推动诸多领域的重大突破，如新材料的发现、量子计算等，同时，基础设施领域也将因室温超导技术的应用而获益，电力输送、交通网络等的升级将为社会提供更可靠、高效的基础服务。

综上所述，室温超导的潜在影响将在能源、医疗、交通、科学研究等多个领域引发革命性的改变，然而，这一前景并非没有挑战，材料科学、能耗等问题仍待解决，尽管如此，室温超导的实现必将带来全球社会发展的新篇章。

文章来源： 机械前沿，金台资讯，江畔雨落